Motivation
Sauberes Wasser ist ein elementarer Bestandteil einer intakten Umwelt und fordert aufgrund des raschen Voranschreitens des Klimawandels neue technologische Lösungen. Heterogen aufgebaute Grundwasserleiter (zur Leitung von Grundwasser geeignete Gesteinskörper mit Hohlräumen) sind hochwertige Wasserquellen und stellen im Falle einer Kontamination besondere Anforderungen an die Sanierungsmaßnahmen. Die dort in kleinräumigen mikro- bis nanoskaligen Porenstrukturen fixierten Schadstoffe müssen durch eine geeignete Technologie mobilisiert, durch unterschiedliche Reinigungsstufen geführt und entfernt werden. Hierzu werden in der Regel Filtrations- und Adsorptionsprozesse (Anreicherung von Stoffen aus dem Wasser an der Oberfläche eines Festkörpers) mittels Bioreaktoren unterschiedlicher Ausführung eingesetzt.
Ziele und Vorgehen
Ein Ansatz zur Mobilisierung der Schadstoffe im Untergrund ist die Grundwasserrezirkulationstechnik. Diese rezirkuliert das im Grundwasserleiter befindliche Wasser durch einen Brunnen über zwei oder mehrere Filtrationsöffnungen. Das Wasser wird über die eine Filtrationsstrecke angesaugt und über die andere wieder dem Grundwasserleiter zugeführt. Wird diese Technologie mit einem im Brunnen verbauten Bioreaktor kombiniert, kann ein in-situ-Grundwassersanierungssystem geschaffen werden, das keine nennenswerten Installationen benötigt. Ein solches System wurde bisher nicht entwickelt, weshalb eine große Unsicherheit hinsichtlich einer geeigneten Verschaltung unterschiedlicher Reinigungsstufen und der Gesamteffizienz des Systems besteht.
Innovationen und Perspektiven
Um in-situ-Reaktoren auslegen und beurteilen zu können, werden im Projekt BioSorb gezielt Schüttungsmodelle mit und ohne poröse Beschichtung durch entsprechende Algorithmen digital generiert. Anhand numerischer Berechnungen in der Porenskala werden effektive Größen wie Strömungswiderstand und Adsorptionsraten aus der Mikroskala für makroporöse Modelle abgeleitet, um damit die Bioreaktoren vollständig abzubilden. Strömungs- und Adsorptionsvorgänge in Schüttungen können mit den implementierten Größen realitätsnah berechnet und damit die Abbauprozesse in in-situ-Bioreaktoren vorhergesagt werden. Dies ist notwendig aufgrund der Formvielfalt, der Materialzusammensetzung, der Schüttungsform und der Dynamik des Prozesses bezüglich der neuartigen in-situ-Installation. Die Grundwassersanierung kann anhand dieser Modellierungstechnik effizienter und kostengünstiger gestaltet werden. Anhand von Experimenten mit realen Giftstoffen wie z.B. Bisphenol A sollen die Lösungsalgorithmen validiert werden.